Кодовый замок

На макете, собранная схема прекрасно работала, были попробованы различные комбинации, а при наборе неправильной – схема не срабатывала и замок оставался в закрытом состоянии. При запайке элементов на печатную плату всё прошло успешно, нам сразу же стало невтерпёж посмотреть, что же всё-таки у нас получилось, и после первой попытки включить её мы просто опешили, она не работает. Судорожно и в смятении мы схватили близлежащий мультимерт и начали прозванивать все элементы и дорожки, выискивая причину отказа в работе. Во время тестирования деталей мы обнаружили, что у нас греются аж две микросхемы К561ИЕ14 и К561ИЕ8. Найти их оказалось не так то уж и сложно, просто мы всё продумали и заказали по два одинаковых элемента. После замены этих микросхем у нас всё заработало, если можно так сказать, просто мы забыли выставить кодовую комбинацию и, благодаря этому кроме подачи питания на схему у нас ничего не работало.

Ещё одна проблема, связанная с доставанием деталей была соленоид, на его поиски было потрачено не мало сил, нервов, денег и, конечно же, времени.

В процессе тестирования данной схемы возникла ещё одна проблема, связанная с микросхемами, относящаяся к разряду недостатков данной схемы, микросхему К561КП2, из-за отсутствия корпуса выбило статическим электричеством. Для определения данной неполадки мы долго искали осциллограф, но нашли, проверили и поменяли данную микросхему. При замене этой микросхемы нам пришлось паять плохим паяльником, и по этому качество пайки немного ухудшилось, благо не было ни одной, так называемой сопли, капельки олова, замыкающей две соседние дорожки на плате.

Через некоторое время работы нашего устройства у нас сгорел резистор R23, предназначенный для разрядки конденсатора С12, который служит для автоматического выключения питания кодового замка.

После замены данного элемента наше устройство после второго включения опять перестало работать, сразу пало подозрение на R23, мы его выпаили и прозвонили, оказалось, что неполадка в этот раз не та. После долгих и мучительных прозвонок всей схемы мультиметром мы так не к чему и не пришли.

Очередная проблема, с которой, как мне кажется, сталкивался любой радиомеханик или простой радиолюбитель, это корпус для своего изобретения, точнее сбора какого-то прибора. Мы, как вы, наверное, сумели догадаться, тоже столкнулись с этой проблемой. Плата у нас получилась небольшая, её можно разместить даже в коробочке от аудио кассеты, но вот в чём проблема, мы хотели сделать как можно незаметнее наш замок от других невзрачных деталей двери, как, например, ручка. Мы пытались поместить плату нашего дипломного проекта в различные коробочки, такие как: коробочки от щёток для обуви, простая пластмассовая коробочка, были отчаянные попытки смастерить корпус самим, но эти попытки не увенчалась успехом. Сначала долго искали из чего бы сделать, нашли кусочки жести, но не получилось, очень трудно было без надлежащих инструментов сделать корпус, хотя бы, относительно ровным. Но вскоре, копаясь в вещах у себя дома, Олег наткнулся на простой металлический корпус от простого нарезного замка, первая мысль была примерно такой, а что, по-моему, сюда влезет соленоид, а ещё после нескольких минут раздумывания и примерной подгонке размеров на глаз прозвучала фраза: «Да сюда и плата поместится!!!». Долго мучались, когда подгоняли размер платы под размер корпуса, просто плату нужно было немного обрезать, примерно 5-6мм.

И пожалуй последней проблемой, с которой мы столкнулись при выполнении дипломного проекта размещение дипломного проекта в корпус, а точнее закреплением его там.

Экономические трудности при выполнении дипломного проекта

При выполнении данного дипломного проекта мы столкнулись с рядом финансовых (экономических) проблем, но как вы, можете судить, мы их преодолели.

Для начала первая трудность касательно финансов для нас была закупка радио деталей, а поскольку мы делали это в Москве, не прибегая к помощи училища, мы потратили свои деньги примерно около 100 рублей + доставка до Воркуты. Далее последовали ещё несколько проблем, такие как покупка хлорного железа, фотоплёнки, ватмана, карандашей, бумаги для печатания пояснительной записки, плата библиотеке за книги, которыми мы пользовались и т.д. Общая сумма всех затраченных средств на дипломный проект составляет 250руб.

Номиналы используемых микросхем и радиодеталей и их стоимость

Техника безопасности при эксплуатации прибора

При эксплуатации данного кодового замка следует принимать следующие меры предосторожности:

1.      Ни подавать питание более 12В.

2.      Не вскрывать корпус при включённом питании.

3.      Не обливать водой.

4.      При вскрытом корпусе стараться не дотрагиваться до микросхем, так как они боятся статического электричества.

5.      После прохода через дверь, убедиться, что замок закрыт, во избежании проникновения других лиц, вслед за вами.

6.      Так же запрещается замыкать провода на кнопках и давить на кнопки с усилием, превышающим усилие, необходимое для нажатия кнопки до упора.

7.      Запрещается говорить пароль лицам, возраст которых не достиг 12 лет.

При эксплуатации данного устройства разрешается устанавливать его в помещениях повышенной опасности, поскольку оно питается всего от 5-12В.

Принцип работы

Часто бывает необходимо задать последовательность работы устройств управления, то есть очерёдность выполнения операций. Такая задача возникает в частности при счёте импульсов (как и происходит в нашем устройстве): при счёте устройство должно не только реагировать на поступление входного сигнала, но и учитывать предшествующее состояние. Такого рода последовательные логические устройства создаются на основе использования триггеров. Триггером называется устройство, имеющее два устойчивые состояния. При отсутствии внешних воздействий триггер может сколько угодно долго находиться в одном из устойчивых состояний. Входной сигнал может перевести триггер из одного устойчивого состояния в другое. Триггеры могут выполнять функции реле переключателя, а так же устройство для предотвращение дребезга контактов.

В нашем дипломном проекте мы используем RS-триггера на логических элементах И-НЕ для исключения случайного нажатия на кнопку, то есть для антидребезга контактов. Триггер называется асинхронным потому, что он переходит в новое состояние немедленно после поступления входного сигнала. Главная особенность такого триггера то, что в его схеме имеются обратные связи (ОС). Сигнал ОС позволяет в триггере позволяет учитывать его предшествующее состояние.

Назначение входов: S – для установки триггера в единичное состояние.

                                                          R – для возврата в нулевое состояние.

Микросхемы ТМ2 содержат два независимых D-триггера, имеющих общую цепь питания. Триггера типа D – это устройство с двумя устойчивыми выходными состояниями. Сменой состояний управляют сигналы на информационном входе D, но переключение происходит не сразу, а с приходом тактового импульса на второй вход C. Важнейшее свойство D-триггеров в том, что, как только на вход С поступает импульс, на выходе Q устанавливается тот же уровень напряжения, который в этот момент действует на входе D, то есть переброс триггера происходит с некоторым отставанием Δt относительно смены сигнала на входе D. Поэтому D-триггера ещё называют триггерами задержки[1].

У каждого триггера есть входы D, S и R, а также комплиментарные выходы Q и Q. Входы S и R – асинхронные, потому что они работают (сбрасывают состояние триггера) независимо от сигнала на тактовом входе; активный уровень для них – низкий. Сигнал от входа D передаётся на выходы Q и  Q по положительному перепаду импульса на тактовом входе С (от Н к В). Чтобы триггер переключился правильно, уровень на входе D следует зафиксировать заранее, перед приходом тактового перепада. Защитный интервал должен превышать время задержки распространения сигнала в триггере. Если на входы   S и R триггеров ТМ2 одновременно подаются напряжения низкого уровня, состояние выходов Q и Q окажется неопределённым. Загрузить в триггер входные уровни В или Н (то есть 1 или 0) можно, если на входы S и R подать напряжение высокого уровня.

Микросхема К561 ИЕ8 – десятичный счётчик-делитель. Он содержит 10 дешифрированных выходов Q0…Q9. Схема счетчика содержит пятикаскадный высокоскоростной счётчик Джонсона и дешифратор, преобразующий двоичный код в сигнал на одном из десяти выходов.

Если на входе разрешения счёта ЕС присутствует низкий уровень, счётчик выполняет свои операции синхронно с положительным перепадом на тактовом входе C. При высоком уровне на входе ЕС действие тактового входа запрещается и счёт останавливается. При высоком уровне на входе сброса R счётчик очищается до нулевого отсчёта.

На каждом выходе дешифратора высокий уровень появляется только на период тактового импульса с соответствующим номером. Счётчик имеет выход переноса Свых. Положительный фронт выходного сигнала переноса появляется через 10 тактовых периодов и используется, поэтому как тактовый сигнал для счётчика следующей декады. Максимальная тактовая частота для счётчика 2 МГц. Длительность импульса запрета счёта должна превышать 300нс, длительность тактового импульса не должна быть меньше 250нс. Время действия импульса сброса должно превышать 275нс.

Микросхема К561ИЕ14 – четырёхразрядный реверсивный счётчик. Он может работать как двоичный и как десятичный делитель. Внутренняя структура счётчика для увеличения быстродействия снабжена схемой ускоренного переноса.

Счётчик имеет четыре раздельных выхода Q0-Q3 и выход переноса Свых. Вход тактовых импульсов С единый для счёта на увеличение и уменьшение. Чтобы организовать раздельные тактовые входы СU (на увеличение) и СD (на уменьшение), требуется на дополнительной микросхеме К561ЛА7 (И) собрать RS-защёлку. Если на вход CD данной схемы поступит сигнал высокого уровня, вход переключения направления счёта U/D счётчика ИЕ14 получит напряжение низкого уровня и счёт будет уменьшаться. На другом выходе С схемы формируется единая тактовая сетка, которую следует подать на вывод 15 ИЕ14.

Запрещается счёт, то есть действие тактовых импульсов, с помощью высокого уровня на входе переноса Свх (это же вход «Запрета такта»). С помощью входа разрешения предварительной записи SE (когда на нём присутствует напряжение высокого уровня) можно записать в счётчик начальный код, воспользовавшись входами S0-S3. Если на эти провода поданы напряжения низких уровней, счётчик даёт приращение (уменьшение) содержимого на 1 при каждом положительном тактовом перепаде.

На выходе переноса Свых нормальное напряжение высокого уровня. Оно переключается к низкому уровню, если в режиме «больше» счёт стал максимальным (или минимальным в режиме «меньше»). В это время на входе Свх сигнал разрешающий, то есть напряжение низкого уровня. Если вывод Свх не используется, его надо подключить к нулю.

Счёт будет вестись в двоичном формате, если на входе B/D (Бинарный/Децимальный) присутствует напряжение высокого уровня. Счёт будет десятичным, если на вход B/D подано напряжение низкого уровня. Наконец, счётчик увеличивает содержимое, если на вход U/D (Больше/Меньше) подаётся напряжение высокого уровня. При напряжении низкого уровня на входе U/D счёт уменьшается.

При параллельном соединении тактовых входов нескольких счётчиков К561ЕИ14 получим быстрый синхронный счёт. В асинхронном режиме многокаскадный счётчик работает медленнее. Максимальная тактовая частота счётчика К561ИЕ14 2 МГц (при Uи.п=10В), время установления режимов после их переключения – более 460нс, длительность времени импульса предварительной записи по входам S0-S3 не менее 320нс (660нс при напряжении питания 3В).

Число кодовых комбинаций, формируемых электронным блоком, - 108. С учётом различного позиционного расположения кнопок общее число кодовых комбинаций составляет 6·108.

Код представляет собой последовательность чисел от 0 до 9. Длина кода определяется пользователем и может быть от 1 до 8 цифр. Его набирают двумя кнопками: одна используется для набора числа, а другая – для перехода к следующей цифре. Для набора цифры нужно нажать на кнопку требуемое число раз. Всего в узле набора три кнопки. Третья используется для включения замка.

Питание на электронный блок замка поступает от сети переменного тока 220 В, потребляемая мощность – не более 2 Вт. Возможно автономное питание от батареи гальванических  элементов напряжением 9 В, при этом потребляемый ток в режиме ожидания не более 1 мкА, а режиме набора кода – не более 10 мА. Время работы в автономном режиме от одного компонента гальванических элементов – не менее шести месяцев.

Принципиальная схема электронного блока показана на рис.1. В исходном состоянии транзистор VT6 закрыт и устройство обесточено. При одновременном нажатии на кнопки SB2 и SB3 через цепь протекает зарядный ток конденсатора C12, который открывает транзистор VT6. триггер на элементах DD3.3 и DD3.4 устанавливается в единичное состояние. Транзистор VT4 открывается и поддерживает открытым транзистор VT6. если отпустить кнопку SB2, то по цепи поступит низкий уровень на вывод 5 элемента DD3.4, триггер сбросится, что приведёт к закрытию транзисторов VT4, VT6 и отключению питания. Чтобы этого не произошло, необходимо сначала отпустить кнопку SB3, при этом разорвётся цепь подачи низкого уровня на DD3.4.